Artykuł metodologiczny

Celowanie w głębokie struktury mózgu za pomocą mikroiniekcji w celu dostarczania leków, wektorów wirusowych lub przeszczepów komórek

DOI:

10.3791/2082

1 grudnia 2010

W tym artykule

Podsumowanie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tym artykule pokazujemy metodę wytwarzania szklanych igieł kapilarnych o świetle 50 μm. Technika ta znacznie zmniejsza uszkodzenia mózgu, minimalizuje bierną dyfuzję leków i umożliwia precyzyjne celowanie w mózg gryzonia.

Streszczenie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
Mikroiniekcje do miąższu mózgu są ważnymi procedurami dostarczania leków, wektorów wirusowych lub przeszczepów komórek. Uszkodzenie mózgu, które igła do wstrzykiwania wytwarza podczas swojej trajektorii, jest poważnym problemem, szczególnie w mózgu myszy, ponieważ nie tylko mózg jest mały, ale czasami konieczne jest wielokrotne wstrzyknięcie. Pokazujemy tutaj metodę wytwarzania szklanych igieł kapilarnych o świetle 50 μm, co znacznie zmniejsza uszkodzenia mózgu i pozwala na precyzyjne celowanie w mózg gryzonia. Metoda ta pozwala na dostarczanie małych objętości (od 20 do 100 nl), zmniejsza ryzyko krwawienia i minimalizuje bierną dyfuzję leków do miąższu mózgu. Stosując różne rozmiary szklanych rurek kapilarnych lub zmieniając światło igły, można wstrzyknąć kilka rodzajów substancji i komórek. Mikroiniekcje ze szklaną rurką kapilarną stanowią znaczną poprawę technik wstrzykiwania i głębokiego celowania w mózg przy minimalnych uszkodzeniach ubocznych u małych gryzoni.

Protokół

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zrób szklane igły przed operacją myszy:
    1. Umieść szklaną rurkę kapilarną w ściągaczu do mikropipet.
    2. Podgrzej środek szklanej rurki, aby zmiękczyć szklaną rurkę w zlokalizowanym obszarze.
    3. Rozciągnąć szklaną rurkę wzdłuż jej osi podłużnej o początkową odległość wystarczającą do zmniejszenia średnicy szklanej rurki w zlokalizowanym obszarze.
    4. Rozciągaj szklaną rurkę, aż pęknie. W ten sposób uzyskuje się dwie identyczne igły z pojedynczą lufą.
  2. Umieść szklaną igłę w mikrokuźni. Kąt 30° wystarczy, aby ukosować końcówkę.
  3. Sprawdź pod mikroskopem, czy każda igła ma odpowiednią średnicę wewnętrzną. Dla większości leków hydrofilowych idealna jest średnica wewnętrzna 30-50 μm (ryc. 1).
  4. Napełnij igłę olejem mineralnym z najszerszego końca szklanej igły. Niech ten olej mineralny (MSDS, Kat. M7700) wchodzi przez kapilarność, aż osiągnie ~50% długości rurki kapilarnej. Nałożyć smar wysokopróżniowy (Dow Corning, Cat. 05054-AB) wokół tłoka, aby uszczelnić najszerszy koniec igły.
  5. Włożyć tłok za najszerszy koniec igły i delikatnie wciskać olej mineralny, aż niewielka kropla oleju zacznie wypływać z końcówki szklanej igły.
  6. Zamocuj szklaną igłę w uchwycie mikrowtryskiwacza.
  7. Znieczulić mysz 2,5% Avertin (2,2,2-tribromoetanol + alkohol tert-amylowy, 1:1 w/v). Dawka 25-30 μl na gram dootrzewnowa.
  8. Umieść podkładkę grzewczą na urządzeniu stereotaktycznym, aby utrzymać temperaturę ciała zwierzęcia na poziomie 37°C.
  9. Umieść i zabezpiecz główkę myszy w urządzeniu stereotaktycznym za pomocą listew nausznych i uchwytu na zęby.
  10. Wyczyść głowę myszy 0,1% roztworem glukonianu chlorheksydyny, a następnie 70% etanolem i 0,1% glukonianem chlorheksydyny po raz drugi.
  11. Naciąć skórę ostrzem chirurgicznym # 15 od uszu myszy do linii czaszki Lamba.
  12. Wypoleruj czaszkę bawełnianą podmianą, aby ją wysuszyć i wyciągnąć skórę z pola operacyjnego.
  13. Użyj końcówki szklanej igły, aby wskazać wierzchołek szwu Bregma. Tam musisz ustawić początkowe położenie wtryskiwacza (współrzędna "zero").
  14. Ustaw punkt, który ma być wiercony, przesuwając osie "X" i "Y" urządzenia stereotaktycznego nad czaszką.
  15. Wywierć bardzo ostrożnie otwory na wybranej współrzędnej. Mikrowiertła i inne metalowe narzędzia były wcześniej sterylizowane w temperaturze 250°C przez 60 sekund za pomocą suchego sterylizatora z kulkami szklanymi (Cole Palmer, Kat. Nie. EW-10779-00).
  16. Za pomocą cienkich kleszczy ostrożnie usuń najgłębszą warstwę kości i rozbij błonę opony twardej (zobaczysz, jak wycieka płyn mózgowo-rdzeniowy).
  17. Upewnij się, że igła może przejść przez wywiercone otwory.
  18. Odpipetuj 1 μl leku, który chcesz wstrzyknąć i umieść go na małym kawałku parafilmu.
  19. Umieść parafilm na czaszce.
  20. Zassać lek, obracając kołem mikrowstrzykiwacza, sprawdzając pod mikroskopem, czy płyn dostaje się do szklanej igły.
  21. Usuń parafilm i ponownie zresetuj współrzędną zerową.
  22. Przesuń igłę do wybranych współrzędnych, w dół uchwytu, aż końcówka szklanej igły delikatnie dotknie powierzchni mózgu i ustaw współrzędną "Z" na zero.
  23. Wprowadzić szklaną igłę do miąższu mózgu na wybranej głębokości.
  24. Lek należy wstrzykiwać powoli, z szybkością ~1 nl/sek.
  25. Po wstrzyknięciu objętości pragnienia pozwól lekowi dyfundować do miąższu przez 2 minuty. Następnie przystąp do usuwania igły płynnie i powoli.
  26. Przyklej ranę pooperacyjną i wyjmij zwierzę z urządzenia stereotaktycznego, a następnie umieść zwierzę w wstępnie ogrzanej klatce zawierającej czyste łóżko w celu odzyskania znieczulenia.
  27. W celu zapewnienia analgezji pooperacyjnej wszystkie zwierzęta otrzymywały podskórnie Ketorolac w dawce 5 mg/kg co 12 godzin przez 24 godziny.

Reprezentatywne wyniki:

Podczas stosowania tego protokołu, uzyskuje się bardzo precyzyjny zastrzyk, a bardzo wąska ścieżka igły minimalizuje uszkodzenie mózgu. Jako reprezentatywny wynik tej metody wstrzyknęliśmy lizofosfatydylocholinę (lizolecytynę) do ciała modzelowatego, które powoduje demielinizację dróg istoty białej 1-4. Aby zminimalizować uszkodzenie mózgu wywołane przez szklaną igłę, wstrzyknęliśmy tylko 20 nl lizolecytyny do ciała modzelowatego, ale w razie potrzeby można wstrzyknąć większe objętości nawet 200 nl tą samą metodą. Demielinizacja jest wykrywana przez brak ekspresji zasadowego białka mieliny w drogach istoty białej (ryc. 2).

figure-protocol-1
Rysunek 1. Szklana igła o średnicy 50 μm. Odległość między dwoma krótkimi znacznikami w skali odpowiada długości 50 μm.

figure-protocol-2
Rysunek 2. Iniekcja lizolecytyny do ciała modzelowatego. Demielinizacja jest pokazana jako ekspresja białka zasadowego bez mieliny (obszar kropkowany). Zwróć uwagę na mały rozmiar szklanego przewodu igły (strzałki). Bar = 100 μm

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Metoda pokazana w tym filmie jest bardzo przydatna w dostarczaniu większości leków lub wektorów wirusowych do bardzo precyzyjnych miejsc w mózgu. Niektóre z głównych zalet tej techniki to niezawodność punktu docelowego, dokładność wstrzyknięć oraz mały rozmiar uszkodzenia mózgu i dróg moczowych1, 2, 5, 6. Po standaryzacji techniki zakres błędnego celowania powinien wynosić 50 μm lub mniej1, 2. Przeszczepy komórek można również wykonać przy użyciu szerszych igieł o średnicy 100-150 μm7-9. ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Podziękowania

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

O.G-P był wspierany przez grant CONACyT (CB-2008-101476) i FRABA (686/10). A.Q-H wspierany przez National Institute of Health, Howard Hughes Medical Institute, Robert Wood Johnson Foundation i Maryland Stem Cell Foundation.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Szklana rurka kapilarnaWiretrol I5-000-1001
Ściągacz do mikropipetKopf InstrumentsModel 730
MicroforgeWorld Precision Instruments, Inc.Model 48000
Olej mineralnyMSDSM7700
Smar wysokopróżniowyDow Corning05054-AB
Znieczulenie: 2,5% Avertin2,2,2-tribrom– tanol + alkohol tert-amylowy, 1:1 w/v
Podkładka grzewczaMastexModel 900
Urządzenie stereotaktyczneKopf InstrumentsModel Kopf-900
Ostrze skalpela chirurgicznego # 15Wiertarka Medi-Cut
MicroIdeal Micro Drill67-1000
Kleszcze drobnoziarnisteFine Science Tools
1-μ L MikropipetaRainin
Parafilm M.
Mikroskop chirurgicznyCarl Zeiss, Inc.Vasiorkop z systemem
MikrowtryskiwaczNarishige InternationalModel MO-10
Contraves

Bibliografia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Menn, B. Origin of oligodendrocytes in the subventricular zone of the adult brain. J Neurosci. 26, 7907-7918 (2006).
  2. Gonzalez-Perez, O., Romero-Rodriguez, R., Soriano-Navarro, M., Garcia-Verdugo, J. M., Alvarez-Buylla, A. Epidermal Growth Factor Induces the Progeny of Subventricular Zone Type B Cells to Migrate and Differentiate into Oligodendrocytes. Stem Cells. 27, 2032-2043 (2009).
  3. Hall, S. M. Some aspects of remyelination after demyelination produced by the intraneural injection of lysophosphatidyl choline. J Cell Sci. 13, 461-477 (1973).
  4. Webster, G. R., Thompson, R. H. Observations on the presence of lysolecithin in nervous tissues. Biochim Biophys Acta. 63, 38-45 (1962).
  5. Doetsch, F., Caille, I., Lim, D. A., García-Verdugo, J. M., Alvarez-Buylla, A. Subventricular Zone Astrocytes Are Neural Stem Cells in the Adult mammalian Brain. Cell. 97, 1-20 (1999).
  6. Doetsch, F., Petreanu, L., Caille, I., Garcia-Verdugo, J. M., Alvarez-Buylla, A. EGF converts transit-amplifying neurogenic precursors in the adult brain into multipotent stem cells. Neuron. 36, 1021-1034 (2002).
  7. Baraban, S. C. Reduction of seizures by transplantation of cortical GABAergic interneuron precursors into Kv1.1 mutant mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 15472-15477 (2009).
  8. Richardson, R. M., Barbaro, N. M., Alvarez-Buylla, A., Baraban, S. C. Developing cell transplantation for temporal lobe epilepsy. Neurosurg Focus. 24, E17-E17 (2008).
  9. Alvarez-Dolado, M. Cortical inhibition modified by embryonic neural precursors grafted into the postnatal brain. J Neurosci. 26, 7380-7389 (2006).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Glass Capillary NeedlesMicroinjection ProcedureDeep Brain TargetingRodent BrainDrug DeliveryViral VectorsCell TransplantsStereotactic DeviceMineral Oil FillingPrecise Targeting

Powiązane artykuły